[发明专利]一种耐腐蚀的钛铌合金以及由其制备板材和管材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐腐蚀的钛铌合金以及由其制备板材和管材的方法。

背景技术

为了提高钛的耐蚀性能，并保持良好的综合性能，上世纪70年代，美国华昌公司研制了一种Ti-45Nb合金，继承了Ti和Nb的性能，比重和价格比纯铌低，耐蚀性能与纯铌相当，比纯钛的耐蚀性能提高一个数量级。但这种合金价格和比重比纯钛还是高出很多，仅原料费用就增加了约7倍，所以只能用在少量的特殊环境中，如湿法冶金、板道系统、低压氧化等某些工作条件恶劣的部位，还有航空铆钉以及人体植入物等领域，严重影响了该合金的推广使用。目前，国内西部超导材料科技有限公司已经仿制生产出了Φ2.5～5mm的Ti-45Nb合金丝材，供北京航空材料研究院进行航空紧固件材料的测试评价工作，在其他领域还没有应用。

目前，在新一代医用钛合金领域，国内外对Ti-Nb合金备受关注，该合金不仅具有较低的弹性模量，而且在一定成分区间内还会表现出形状记忆效果。S.Y.Yu和J.R.Scully的研究结果表明，在钛中加入Nb能改善钛的抗蚀性能。虽然国内外学者对于Ti-Nb合金研究颇热，但至今为止，除了美国华昌公司的Ti-45Nb合金可以生产板板丝和板带以外，其他成分的Ti-Nb合金的板材仍然属于空白，尤其是换热器级的钛铌合金板材和管材在国内外都属于空白。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种耐腐蚀的钛铌合金，能够提高钛的耐蚀性、导热性和强度；

本发明的目的之二是提供一种用上述合金制备板材的方法，能够在提高强度的前提下仍然保持良好的冷成型性能；

本发明的目的之三是提供一种用上述合金制备管材的方法，能够在提高强度的前提下仍然保持良好的冷成型性能。

一种耐腐蚀的钛铌合金，其特别之处在于，按重量百分比计组成为：Nb为0.1～4.9％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.012％，O≤0.12％，Fe≤0.1％，余量为Ti。

一种耐腐蚀的钛铌合金制备板材的方法，其特别之处在于，包括如下步骤：

(1)铸锭制备：采用海绵钛和纯铌按照权利要求1的配比进行配料和压制电极块，电极块进行组合焊接制备一次电极，然后进行两次真空自耗电弧熔炼制备出铸锭；

(2)锻造制备板坯：采用快锻机对铸锭进行开坯和板坯锻造，开坯加热前对铸锭表面进行涂层处理，锻造开坯温度为900～1100℃，保温2～5小时，锻造比2～10，终锻温度≥700℃，板坯锻造温度为750～1000℃，保温1～3小时，锻造比2～6，终锻温度≥650℃，板坯规格为厚度30～200mm，板坯锻造火次为1～4火次；

(3)板坯热轧：开坯或1火加热温度为800～900℃，保温1～3小时，总加工率70～90％，终轧温度≥650℃；当2～4火次热轧加热温度为750～880℃，保温1～2小时，每火次总加工率60～80％，终轧温度≥600℃；

(4)表面处理：对热加工板坯需进行碱洗和酸洗去除表面氧化皮，然后水洗清洁，再进行表面修磨以保证表面无肉眼可见的表面缺陷；

(5)冷轧：冷轧前采用真空热处理或在电阻炉中退火，温度为550～700℃，保温1～2小时，或者在表面处理后直接进行轧制，热轧坯料经过3～5次的冷轧最终加工至成品，两次冷轧之间进行除油处理和中间退火，成品轧制后进行成品退火处理，并且冷轧时道次变形量为9％～25％，总加工率为35％～55％；

步骤(5)中除油处理是指对于冷轧后进行热处理的板材需要进行除油处理，具体先进行超声波清洗除油或用除油剂进行清洗，然后经过酸洗、水洗和烘干处理。

步骤(5)中的中间退火和成品退火均采用真空退火热处理，退火温度为600～850℃，保温1～3小时，真空度不低于1×10^-1Pa，经过成品退火的产品直接成为产成品，或再经过酸洗、水洗后成为产成品。

其中中间退火采用电阻炉退火，退火后进行碱洗、酸洗和水洗；涂层处理是指涂刷或喷涂玻璃粉浆料，具体配比为玻璃粉∶粘接剂∶稀释剂＝2∶1～2∶0.1～1，其中粘接剂是水溶性树脂，稀释剂是工业用水，涂层厚度0.5-2mm。

碱洗用碱液的配比为按重量比85～95％的NaOH加上15～5％的NaNO₃混合后在熔融状态下使用；酸洗用酸液配比为按体积比HF∶HNO₃∶H₂O＝5～10％∶30～40％∶余量，氢氟酸的质量分数为40％，硝酸的质量分数为65～68％。

一种耐腐蚀的钛铌合金制备管材的方法，其特别之处在于，包括如下步骤：